Quantitative Biomedizin

«Der Bedarf ist riesig»

Am Montag feierte die Universität Zürich das neu gegründete Institut für Quantitative Biomedizin mit einem Symposium. Mit dem Forschungsinstitut verstärkt die UZH ihre Schlagkraft im Bereich Präzisionsmedizin. Direktor Bernd Bodenmiller erläutert im Gespräch, wie sich die Methoden der quantitativen Biomedizin zum Wohl der Patientinnen und Patienten nutzen lassen.

Stefan Stöcklin

Bernd Bodenmiller
Bernd Bodenmiller
«Das Institut ist die logische Antwort auf die rasanten Entwicklungen neuer Technologien, um biologische Systeme quantitativ zu vermessen», sagt Direktor Bernd Bodenmiler. (Bild: Stefan Stöcklin)

 

Herr Bodenmiller: Sie sind Direktor des Instituts für Quantitative Biomedizin und feiern heute Montag seine Gründung mit einem wissenschaftlichen Symposium. Was geht in Ihnen vor?
Bernd Bodenmiller: Ich bin sehr glücklich und freue mich, das Institut mit meinen Kolleginnen und Kollegen, den Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern sowie allen Beteiligten nun auch öffentlich feiern zu können. Das Symposium ist der Abschluss eines mehrjährigen Gründungsprozesses und markiert den Startschuss, um unsere Visionen umzusetzen.

Wie kam es zu diesem neuen Institut?
Hinter dem Institut steckt eine längere Geschichte, die um 2016 begonnen hat. Den Stein ins Rollen brachte die nationale Initiative des Swiss Personalised Health Network (SPHN). Ihr Ziel ist es, die personalisierte Medizin und Gesundheit schweizweit zu fördern. Zusammen mit dem damaligen Vizerektor Forschung, Christoph Hock, fragten wir uns, wie sich die Universität in dieses Netzwerk zur Präzisionsmedizin einbringen kann. Ein Resultat war das Institut für Quantitative Biomedizin.

Was ist Quantitative Biomedizin, können Sie das Feld umschreiben?
Die Quantitative Biomedizin lässt sich weit fassen. Wir möchten zum Beispiel mit Hilfe von quantitativen Messmethoden und Algorithmen die Ursachen von Krankheiten besser verstehen, um präzisionsmedizinische Therapien zu ermöglichen. Mehrere unserer Forschungsgruppen arbeiten mit grossen Mengen von klinischen Daten und Patientendaten und versuchen dann mit computergestützten Methoden, direkt die Behandlung zu verbessern.

Das heisst, die Quantitative Biomedizin beginnt und endet beim Patienten?
Ja, das kann man so sagen. Unsere Forschung beginnt entweder mit Gewebeproben von Patientinnen und Patienten oder ihren Daten oder beidem. Die daraus gewonnenen Resultate kommen dann mittelfristig den Patientinnen und Patienten zugute oder können direkt die Qualität der Behandlung verbessern.
Im so genannten «TumorProfiler-Projekt» arbeitet meine Gruppe zum Beispiel mit Gewebeproben von Tumorpatientinnen und -patienten. Wir verwenden Messmethoden, die uns ein sehr tiefgreifendes Bild des Gewebes bis hinunter auf jede einzelne Zelle geben. Diese riesigen Datenmengen analysieren wir anschliessend mithilfe von Computerprogrammen und ziehen daraus Schlüsse für die Behandlung. Unsere Ergebnisse gehen dann zurück ans Tumorboard der Klinik.

Was genau heisst quantitativ, zum Beispiel im Falle von Krebsgewebe?
Das quantitativ bezieht sich zum einen darauf, dass wir die biologischen Charakteristika, die uns interessieren, sehr genau bestimmen. Dies ermöglicht es wiederum, dass wir unsere Analysen auf computerbasierte Methoden stützen. Bei Krebsgewebe messen wir die Art der Tumorzellen, die Immunzellen im Tumor, die Art und Weise der Interaktionen der Zellen, welche Prozesse dereguliert sind, und vieles mehr. Ein weiteres Beispiel ist die Forschung unseres Gruppenleiters Björn Menze, Professor für Biomedizinische Bildanalyse. Er nutzt maschinelles Lernen, um Tumorbilder automatisch zu vermessen und zu interpretieren. Ich vergleiche das gerne mit einem Eisberg: An der Oberfläche sehen wir einen Tumor, dahinter verbergen sich unendlich viele verschiedene Komponenten. Diese Daten sind so komplex, dass wir sie nur mithilfe von computergestützten Methoden analysieren können.

Ist das denn in der Klinik umsetzbar, am Schluss ist doch nur ein Entscheid für oder gegen ein Medikament nötig?
Sie sprechen einen zentralen Aspekt an. Wie wertet man die riesigen Datenmengen so aus, dass am Schluss eine kleine Liste an Empfehlungen resultiert, die die Medizin umsetzen kann. Das ist eine grosse Herausforderung und gehört auch zu unseren Aufgaben. Die Forschungsgruppe von Michael Krauthammer, Professor für medizinische Informatik, arbeitet unter anderem auf diesem Feld. Gleichzeitig ist es im Bezug auf die quantitative Biomedizin zu kurz gedacht, wenn man nur direkte klinische Anwendung erreichen möchte. Unser Ziel ist es eben auch, neue Patientengruppen zu identifizieren und Krankheitmechanismen aufzuklären. Diese Resultate kann man mittelfristig dann auch klinisch nutzen. Unsere Forschungsgruppe um Magdalina Polymenidou, Professorin für Biomedizin, leistet diese Grundlagenarbeit mit ihren Arbeiten über neurodegenerative Erkrankungen.

Betreiben Sie am Institut eigentlich eher angewandte- oder Grundlagenforschung?
Uns geht es darum, die Brücke zwischen der biomedizinischen Grundlagenforschung und den Anwendungen in der Klinik zu schlagen. Die quantitativen Methoden zur Messung und Analyse grosser Datenmengen sind in diesem Bild die Brücke. Zwei unserer Forschungsgruppenleiter, Michael Krauthammer und Björn Menze, haben ihre Büros nicht im Institut auf dem Campus Irchel, sondern im Universitätsspital und unterstützen diese Zusammenarbeit.

Am Institut arbeiten fünf Forschungsgruppen, von der Evolutionsbiologie bis zur Medizinischen Informatik. Was ist das einigende Prinzip?
Wir profitieren alle gegenseitig von unseren Forschungsarbeiten und stimulieren so unsere Forschung und Lehre. Das ist die grosse Stärke unseres Instituts. Was uns eint, ist unsere Mission: der Kreislauf der Quantitativen Biomedizin mit Patientenproben, quantitativen Messungen, Computer-Analysen mit dem Ziel, schlussendlich die Behandlung von Patienten zu personalisieren und zu verbessern. In diesen Feldern wollen wir substanzielle Fortschritte erreichen.

Die Disziplinen sind doch recht breit gestreut?
Wir haben uns von Anfang an dafür entschieden, nicht nur auf ein biomedizinisches Thema zu fokussieren, sondern uns breit aufzustellen. Wir haben nun fünf Gruppen aus den Bereichen Neurodegeneration, Mikrobiologie, Onkologie, Medizinische Informatik, Maschinelles Lernen, und bald noch eine Gruppe aus der Immunologie. Von dieser thematischen Breite profitieren Forschung und Lehre des ganzen Institutes. Rolf Kümmerli, Professor für Evolutionäre Mikrobiologie, der über Netzwerke bei Bakterien forscht, gibt uns spannende Inputs zum Thema Kooperation und Kompetition. Seine Konzepte aus der Mikrobiologie lassen sich auch auf andere Erkrankungen übertragen und eröffnen neue Therapiensätze.

Was prädestiniert Sie als Institutsdirektor?
Ich finde es unglaublich spannend, genau an dieser Schnittstelle der Biomedizin, Biotechnologie und den computergestützten Methoden zu arbeiten, um personalisierte Therapien für PatientInnen zu ermöglichen. Es bereitet mir grosse Freude, Organisationen, die die Lehre und Forschung in diesem Gebiet betreiben, mit aufzubauen und zu unterstützen. Ich verfüge dank meiner Forschung viel Erfahrung in den Bereichen, die für die Quantitative Biomedizin wichtig sind. Dadurch kann ich helfen, die multidisziplinären Richtungen der Quantitativen Biomedizin zusammenzubringen und unsere Vision, die Brücke zwischen Grundlagenforschung und Klinik zu schlagen,  umzusetzen.

Für das Eröffnungssymposium haben Sie Kolleginnen und Kollegen aus verschiedenen Hochschulen aus dem In- und Ausland eingeladen. Erlebt die Quantitative Biomedizin gerade einen Boom?
Ja, tatsächlich erlebt der Bereich einen starken Aufschwung. Der Grund dafür liegt in der wachsenden Zahl neuer Technologien, um biologische Systeme quantitativ zu vermessen und den immer besseren Algorithmen, um diese Daten zu verstehen. Zahlreiche Initiativen, beispielsweise in den USA, Grossbritannien oder Deutschland stehen für diese Entwicklung. Getrieben wird das Feld vom Nutzen, den wir für die Patientinnen und Patienten erwarten.

Quantitative Methoden boomen nicht nur in der Biomedizin, oder?
Die gesamte Biologie macht im Augenblick riesige Schritte in Richtung der Datenwissenschaften. In immer zahlreicheren biologischen Forschungsfeldern verschieben sich die Arbeiten hin zu computergestützte Methoden. Es ist deshalb richtig und sinnvoll, dass alle Studierenden der Biologie an der UZH lernen, zu programmieren.

Welchen Stellenwert hat das neue Institut für die UZH?
Das Institut ist die logische Antwort auf die rasanten Entwicklungen, über die wir gesprochen haben. Es erlaubt uns, in diesem Feld vorne mit dabei zu sein. Als Doppelinstitut der Medizinischen und Mathematisch-naturwissenschaftlichen Fakultäten sind wir prädestiniert, die Brücke zur Klinik und zu den Patientinnen und Patienten zu schlagen. Zusammen mit der Digital Society Initiative DSI verstärken wir die Ausbildung im Bereich der computergestützten Methoden. Der Bedarf an Leuten mit diesen Skills ist riesig.

"Welcome Adresses" at the 2021 DQBM Founding Symposium. (Video:Frank Brüderli)

Stefan Stöcklin, Redaktor UZH News

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